而基于虛擬機技術(shù)的DCS仿真系統(tǒng)則是把仿真目標放在了控制器本身，而不是控制器程序。在PC中實現(xiàn)一個虛擬的主控制器，控制器程序可以直接運行在虛擬控制器中，使得控制器程序的升級只需要簡單的替換鏡像文件。只有當硬件出現(xiàn)升級的時候，才需要對虛擬控制器進行升級。硬件穩(wěn)定性相對較高，不會出現(xiàn)頻繁地升級。

Level 0的硬件模塊內(nèi)部邏輯比較簡單，可以使用LabVIEW實現(xiàn)虛擬設(shè)備。虛擬控制器將輸出值傳送給虛擬設(shè)備，最終虛擬設(shè)備根據(jù)輸出值在顯示面板中作相應(yīng)的顯示，同時虛擬設(shè)備也可以將自身的某些值傳給虛擬控制器。

綜上所述，整個基于虛擬機技術(shù)的DCS仿真系統(tǒng)，是由Level 2的實際軟件、Level 1虛擬控制器以及實際的控制器軟件和Level 0虛擬設(shè)備模塊組成。由此可以看出，難點是虛擬控制器的實現(xiàn)。

3 虛擬控制器的實現(xiàn)

虛擬機的實現(xiàn)主要有兩種方式：(1)主要由軟件完全模擬目標平臺的每一條指令，所以稱為指令集虛擬機ISA(Instruction Set Architecture)，又因為是完全模擬所以又稱模擬器；(2)借助于特定平臺和OS環(huán)境，利用VMM(Virtual Machine Monitor)程序為用戶提供一個高效的虛擬執(zhí)行環(huán)境，其主要特點就是執(zhí)行效率高。由于使用了宿主操作系統(tǒng)的特性對功能進行了虛擬，所以稱為功能級或者抽象級虛擬機，也屬于一種仿真技術(shù)[2-3]。

目前控制器的結(jié)構(gòu)主要包括了CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、Flash、DOC、雙口RAM、SRAM以及各種端口。其中許多特定的硬件需要模擬，所以選擇指令集虛擬機技術(shù)設(shè)計虛擬控制器。圖2所示為虛擬控制器的結(jié)構(gòu)圖。



圖2中各個模塊完全按照現(xiàn)實控制器進行劃分和設(shè)計。

(1)CPU模塊包括實現(xiàn)指令的模擬和各個寄存器的實現(xiàn)。

(2)內(nèi)存模塊主要實現(xiàn)內(nèi)存的模擬，其大小在虛擬控制器啟動時確定，運行期間不能改變。

(3)網(wǎng)卡模塊主要實現(xiàn)虛擬控制器的網(wǎng)卡，使得虛擬控制器可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

(4)存儲模塊相當于實現(xiàn)了虛擬機的存儲介質(zhì)，例如Flash、DOC、電子盤等。

(5)SRAM模塊實現(xiàn)控制器用于掉電保護的SRAM，并用于虛擬機的數(shù)據(jù)掉電保護。

(6)雙口RAM模塊主要模擬控制器與DP主卡交互數(shù)據(jù)的雙口RAM。

(7)端口模塊實現(xiàn)控制器上的各個端口，虛擬控制器需要從端口讀取站號，單雙機狀態(tài)、LED燈狀態(tài)和其他狀態(tài)。

(8)顯示模塊主要模擬類似顯示器的作用。

(9)主板模塊在整個虛擬控制器起著協(xié)調(diào)作用，具有配置整個虛擬控制器的硬件特性，其中還包括定時器。